2.2 Обоснование выбора методики проведения экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования доизвлечения и тампонирующих свойств предложенных обратных эмульсий в пористой среде при термобарических условиях пласта проводились в учебно-научной лаборатории моделирования пластовых процессов кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа им.
И.М. Губкина на фильтрационной установке HP-CFS.Оригинальная конструкция фильтрационной установки высокого давления HP-CFS позволяет проводить фильтрационные эксперименты с использованием как образцов кернов, так и на насыпных моделях пласта, в зависимости от целей и методики эксперимента.
Для изучения гидродинамических характеристик пористой среды используются составные модели пласта, представляющие собой набор образцов кернов исследуемого коллектора.
Единичный образец керна представляет собой цилиндр, вырезанный из керна в направлении напластования. Следовательно, при диаметре 3-5 см, его длина может составлять 5-7 см. При определении коэффициента нефти водой, а также получении кривых фазовых проницаемостей, на такой длине образца весьма ощутимо влияние концевых эффектов, заключающееся в том, что величины насыщенностей вблизи торцов
РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА
образца отличаются от средней величины насыщенности образца. Для уменьшения влияния на результат эксперимента концевых эффектов, минимальная длина составной модели пласта устанавливается экспериментально или рассчитывается по критериям подобия, предложенным Д. А. Эфросом.
При подготовке образцов кернов: Отдельные цилиндрические образцы, высверленные из керна, должны быть освобождены от нефти спиртобензольной смесью (примерное соотношение 1:2) или хлороформом и отмыты от солей с последующей сушкой до постоянной массы при температуре, не превышающей 105°С. При повышенном содержании глины образцы пород необходимо сушить при температуре не более 86°С. Для ускорения сушки допускается помещать образцы над хлористым кальцием или в вакуумный шкаф.
Отдельные керны при компоновке составного образца следует притереть по торцевым поверхностям.
Для обеспечения надежного капиллярного контакта можно применять слой измельченной породы толщиной не более 0,3 мм или один спой фильтровальной бумаги.При повторном использовании образцов следует предварительно определить их пористость, газопроницаемость и показатель смачиваемости. Проницаемость должна отличаться не более чем на 15%, открытая пористость не более чем на 0,5% абсолютных, а по показателю смачиваемости образец породы должен относиться к тому же классу.
Допускается использование искусственно сцементированных образцов неоднородных пород, минералогический состав и параметрическая характеристика которых соответствует составу пород продуктивного пласта.
При выполнении экспериментов, направленных на тестирование реагентов[50,51,52,53] предназначенных для улучшения фильтрационно -емкостных свойств коллектора (ФЕС) нет необходимости соблюдать
критерии подобия. Основной целью таких экспериментов является изучение
.и
влияния реакции исследуемого реагента с породами, слагающими пористую среду реального коллектора и флюидами, которые её заполняют, при N термобарических условиях пласта. Часто бывает, что при проведении, например, кислотных обработок призабойной зоны скважины, вместо ожидаемого положительного результата наблюдается редкое ухудшение её фильтрационно - емкостных характеристик. Это связью с появлением в поровом пространстве нерастворимого продукта реакции реагента с материалом пористой среды. Для того, чтобы в промысловых условиях избежать нежелательного результата обработки, для тех реагентов, воздействие которых на пласт связно с взаимодействием с породами слагающими коллектор и флюидами, находящимися в пористой среде, необходимо проведение серии тестовых лабораторных экспериментов и использование образцов кернов того участка месторождения, где предполагается проводить обработку.
Для выполнения таких лабораторных опытов используются образцы кернов диаметром 3 см. и длиной 5 см. Для них предназначены соответствующие кернодержатели, входящие в комплект установки.
Тестирование в лабораторных условиях тампонирующих составов основывается на проведении сравнительных экспериментов, показывающих преимущество какого- либо реагента по сравнению с другими предложенными реагентами, либо по сравнению с применявшимся ранее и хорошо зарекомендовавшим себя.
При этом вся серия сравнительных экспериментов должна быть проведена по единой методике, одинаковых термобарических условиях, с использованием одних, и тех же рабочих жидкостей и, самое главное с использованием образцов пористой среды с одинаковыми значениями проницаемости, пористости и структуры среды.
Образцы кернов продуктивных пород, как правило, различны по своей морфологии вследствие сложной структуры пористой среды, что приводит к разнице по проницаемости даже для образцов изготовленных из одного кер-нового материала. Поэтому при выполнении сравнительных экспериментов на образцах кернов исследователи вынуждены многократно использовать один и тот же комплект образцов, что не всегда корректно.
Кроме того, линейная фильтрация через образцы кернов определенных систем, особенно дисперсных, содержащих твердую фазу, легко приводит к образованию так называемой торцевой корки.
На наш взгляд, для выполнения тестовых сравнительных экспериментов по исследованию тампонирующих составов, воздействие которых на фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) пористой среды не связано с реакцией состава с различными составляющими пористой среды и влиянием на ФЕС продуктов такой реакции, идеально подходят насыпные модели пористых сред.
Для набивки таких моделей пласта используется молотая в течение определенного времени [54,55] на шаровой мельнице исходная фракция кварцевого песка, Методы последующей обработки молотого песка позволяют достичь того, что пористость насыпных моделей пласта всегда составляет величину близкую к 30% при любых величинах проницаемости [55].
Таким свойством обладает так называемый фиктивный грунт, состоящий из одинаковых шарообразных частиц, для которого пористость зависит лишь от относительного расположения частиц.Пористость естественных пластов колеблется в гораздо более широких пределах, что объясняется разнообразием размеров частиц пористой среды, наличием в поровых каналах различных цементирующих веществ и пр. Поэтому морфология или структура пористой среды каждого образца реального керна чрезвычайно индивидуальна и сложна, в то время как для насыпной модели пласта характерны регулярная структура пористой среды и только открытая пористость.
Разработанная на кафедре разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина фильтрационная установка высокого давления HP-CFS, позволяет наряду с экспериментами на кернах проводить исследования с использованием насыпных моделей пласта. Принципиальная схема установки представлена на рис. 2.3.
Установка HP-CFS обеспечивает проведение фильтрационных экспериментов на насыпных моделях пористых сред и образцах кернов при температурах до 150°С и давлении до 20,0 МПа. При необходимости используется система противодавления, обеспечивающая максимальный уровень давления 7,0 МПа. При работе с образцами кернов давление обжима может достигать 50,0 МПа.
Термостатируемая насыпная модель пласта и кернодержатели для опытов с использованием образцов кернов. При этом, как указывалось, в зависимости от типа исследований возможно использование кернодержателя для составных кернов длиной до 30 см. (исследование гидродинамических характеристик пористой среды), либо кернодержателя для одного образца керна (исследование составов для кислотной обработки, буровых растворов, жидкостей глушения). Подача рабочих жидкостей в оба блока пористой среды моделей осуществляется через поджимки с разделительными поршнями жидкостными прессами ISCO, из которых в подпоршневой объем поджимок подается масло. При этом возможна раздельно - одновременная подача масла в каждую из поджимок, или только в одну поджимку, с заданным расходом.
Заполнение поджимок рабочими жидкостями производится под действием вакуума, после того, как разделительный поршень приводится в крайнее нижнее положение давлением газа из баллона.
Для закачки в модель пласта высоковязких составов, дисперсных или полимерных систем используется сосуд высокого давления, подача реагента из которого производится под давлением газа из баллона, либо под воздействием несмешивающейся с реагентом жидкости из поджимки. В процессе фильтрации осуществляется контроль перепада давления дифманометром фирмы Gould. Фильтрация флюидов может производиться при фиксированных расходах до 600см /час.
Термостатирование насыпной модели и предварительный подогрев входной линии осуществляется нагревательной лентой, обмотанной вокруг корпуса модели и входной линии. На ленту подается напряжение 200V от сети через автотрансформатор. Регулировкой напряжения обеспечивается скорость подъема температуры, а ее поддержание и контроль - датчиком-регулятором температуры ТРМ-1, соединенным с термопарой, находящейся на корпусе модели.
Нагрев образца керна внутри кернодержателя до температуры эксперимента обеспечивается жидкостным термостатом.
Следует отметить, что длина насыпных моделей (от 50 до 62 см.), используемых для проведения данной серии экспериментов, удовлетворяет условиям критерия подобия Д. А. Эфроса, определяющего минимальную длину модели пласта.